zigbee網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)

1 引言

　　基于zigbee技術(shù)的無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)適用于網(wǎng)點(diǎn)多、體積小、數(shù)據(jù)量小，傳輸可靠、低功耗等場(chǎng)合，在環(huán)境監(jiān)測(cè)、無(wú)線(xiàn)抄表、智能小區(qū)、工業(yè)控制等領(lǐng)域已取得一席之地[1]。同時(shí)，zigbee規(guī)范與協(xié)議日臻完善[2]。從zigbee1.0、zigbee1.1到目前最新的zigbee2007/pro，zigbee協(xié)議規(guī)范的演進(jìn)對(duì)硬件系統(tǒng)提出了更高的要求[3]。

　　2 設(shè)計(jì)要求

　　2.1 zigbee網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

　　從網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)上看，zigbee網(wǎng)絡(luò)有星形，樹(shù)形，網(wǎng)狀3種模式，按照網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)功能劃分可分為終端節(jié)點(diǎn)(ep)、路由器節(jié)點(diǎn)(rp)和協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)(cp)3種[2]。其組織結(jié)構(gòu)如圖1示。

　　圖1 zigbee網(wǎng)絡(luò)

　　圖2 zigbee網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)模塊圖

　　其中，包括dma、usart模塊、定時(shí)器模塊、a/d模塊在內(nèi)的豐富的外設(shè)功能來(lái)滿(mǎn)足網(wǎng)絡(luò)對(duì)硬件資源的需求，存儲(chǔ)器模塊完成協(xié)議棧的存儲(chǔ)與執(zhí)行，cpu實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的運(yùn)算與處理，mac定時(shí)器用于實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)同步，使用aes技術(shù)對(duì)信息進(jìn)行加密，無(wú)線(xiàn)模塊完成收據(jù)的收發(fā)與信息幀控制。

　　2.2 zigbee網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)要求

　　(1)可供選擇的無(wú)線(xiàn)頻段。無(wú)線(xiàn)頻段的選擇要兼具較高的傳輸速率和較好的繞射性能，同時(shí)要具備一定的抗干擾力。2.4ghz頻段是ieee 502.15.4定義的工作在ism頻段的兩個(gè)工作頻段之一，有16個(gè)速率為250kb/s的信道。

　　(2)體積小，成本低，易于大規(guī)模布建。zigbee技術(shù)較其它無(wú)線(xiàn)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)在于自組網(wǎng)，這就需要布建大規(guī)模的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，因此成本問(wèn)題凸顯出來(lái)，有資料顯示：10$左右的zigbee網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)有較高的性?xún)r(jià)比。

　　(3)可靠性。與有線(xiàn)傳輸介質(zhì)相比，無(wú)線(xiàn)信號(hào)傳輸更容易受到衰落、多徑和干擾等問(wèn)題，zigbee網(wǎng)絡(luò)是工作在2.4ghz ism頻段，與其他無(wú)線(xiàn)信道之間干擾是不可避免的。為保證網(wǎng)絡(luò)在有效范圍內(nèi)建立可靠的傳輸，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)應(yīng)選擇合理的信道接入方式，有效減少幀沖突，使用合理的擴(kuò)頻技術(shù)。

　　(4)通用性。布建zigbee網(wǎng)絡(luò)的最終目的是通過(guò)網(wǎng)絡(luò)完成各類(lèi)操作，主要是i/o操作和a/d操作，這就要求網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)有一定的通用性，能滿(mǎn)足各類(lèi)傳感器和終端設(shè)備的操作要求。

　　(5)低功耗，支持電池供電。低功耗是zigbee的重要特征，支持休眠-喚醒模式和引入功率控制機(jī)制使設(shè)備更加省電。典型的zigbee節(jié)點(diǎn)在使用普通電池供電的情況下工作12個(gè)月以上。

　　zigbee網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)應(yīng)按照上述的原則與規(guī)劃進(jìn)行硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)。